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电缆网运行方式及故障控制的研究

宋云东  
【摘要】: 随着我国经济的快速发展,配电网建设不断增加,城市内线路走廊用地越来越少,征地所需费用也越来越昂贵,所以电缆敷设成为线路建设的主要方式。同时为了满足城市环境美化及供电可靠性的需要,城市配电线路也由原来的架空线路部分或者全部改为地下电力电缆线路。随着电力电缆在城区配网中所占比例越来越大,导致配电网容性电流不断增大,在单相接地故障发生时使故障电流增大,给设计部门及实际运行单位都带来了一定的困难。因为单相接地保护方式存在多种形式,而且对单相接地保护方式的选择一直存在较大争议,所以本文主要研究单相接地故障保护方式选择依据及其故障保护方式的综合评价方法,为设计和运行部门提供理论依据和参考。 通过对电缆网存在的不同类型故障进行分析,得到不同类型故障产生的原因,并对电缆绝缘破坏到电缆发生燃烧的过程进行理论研究。在上述研究的基础上建立了永久性接地故障模型和弧光接地模型;使用受控制开关导通与关断单相接地电弧,及可变电阻模拟电弧电阻,基于电弧故障消失或转化的判据建立了电缆击穿至燃烧阶段的故障模型。模型的建立为单相接地故障计算分析提供了理论基础,且首次推导出电缆基于热因素的电弧烧毁模型,为保护方式响应时间对单相接地故障控制效果分析的计算打下基础。 在电缆网故障模型建立的基础上,对影响单相接地故障分析的不同因素进行随机组合计算。经过分析上述计算结果得到了电缆网电容电流、接地电阻、接地点位置及接地保护方式对系统运行的影响程度。经过对比不同工况下系统的电压与电流,得到单相接地故障暂态过程中性点经小电阻接地保护方式最优,稳态过程基于分流装置保护方式最优的结论。 在大量单相接地故障计算结果的基础上,建立了基于IAHP的单相接地故障综合评价方法。主要对不同电缆网单相接地故障保护方式进行分析,得出判别单相接地故障保护方式的判据;在建立综合评价层次结构的基础上,建立了层次决策表,利用两两比较法得到判断矩阵,经过对判断矩阵的一致性校验,求得总目标的综合权重,最后通过排序得到关于不同保护方式的综合评价权重。在此首次将IAHP应用于单相接地故障保护方式的评价方法,而且该方法可有效避免人为因素导致的误差,达到了准确评价故障保护方式的目的,从而为具体电缆网故障保护方式选择提供依据。 为了验证不同保护方式对单相接地故障的控制效果及熄灭电弧的特性,搭建了基于380V供电系统的模拟实验台。系统中的元件参数均为采用10kV设备等值简化得到,试验证明实验平台可有效模拟10kV配电系统。采用PIC控制系统实现了对接地故障开始时刻及保护方式响应时间的准确控制。在模拟实验台上的试验证明了仿真计算结果及综合评价结果的正确性,验证了保护方式对单相接地故障控制效果及熄灭电弧的作用。 在实际变电站进行了基于分流装置故障保护方式的接地试验,结果证明该接地保护方式在单相接地故障时有消弧和抑制过电压的作用,验证了基于IAHP综合评价结果的正确性。


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